chap6-潮汐河口

第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变第一节潮汐河口的分段和分类第二节潮汐河口区的水流特性第三节潮汐河口区的泥沙运动特点第四节潮汐河口区的河床演变长江入海口长江入海口6.0概述-基本概念河口区：河流与受水水体(河流、湖泊、水库、海洋)的接合地段入海河口(潮汐河口):水流流态多变、泥沙构成多样、河床演变复杂主要影响因素：径流(山水)、潮汐入侵、波浪、密度流(盐淡水)支流入汇河口入海河口:受潮汐作用的影响，又称潮汐河口入湖河口入库河口干旱三角洲潮汐河口水沙运动和河床演变特征复杂⑴具有内陆河流的特征：如径流的水期变化；⑵具有海洋的某些特征：如涨落潮、风浪的影响等；⑶存在盐淡水混合及盐水入侵的问题：⑷既有内陆来沙，又有海域来沙：⑸动力因素具有多样性和多变性：⑹大河口受地球自转科氏力的影响：潮汐河口的分段6.1潮汐河口的分段和分类⑴河流近口段：潮区界～潮流界，有朝位涨落，但流向单一，地貌呈河流。⑵河流河口段：潮流界～口门,双向流,河床不稳,河道分汊展宽、出现沙岛沙坎。⑶口外海滨段：口门～三角洲前沿，地貌主要表现为水下三角洲。口门潮汐河口的分段①河口口门(河流动力因素消失之地):河口段多年平均中潮位水面坡降线与平均海平面的交点处；或者三角洲海岸、岛岸、沙坎的临海端入口处②潮流界：上溯潮波潮流与下泄径流的叠加、以及沿程河床阻力耗能，使得潮汐能量逐渐消耗，潮差减小，流速降低，当涨潮流速与径流下泄流速相等时，潮水停止倒灌，此处称为~③潮区界：潮流界以上，潮波继续上溯(波动形态的传递)，河水受阻壅高，但潮差急剧减小，直至等于零的位置，此处称为~分界并非固定，应是一个范围口门至潮区界之间受潮汐影响的河段。口门感潮河段(二)潮汐河口的分类按河口形态特征分类⑴三角洲河口：⑵三角港河口：•大陆突出到海洋中形成的淤积体。河流沙多，海洋潮汐弱，潮流和沿岸流不能带走泥沙而逐渐形成淤积体，在河流的冲积下形成扇形的分汊式河口。如长江、黄河、珠江、多瑙河、尼罗河、密西西比河等河口(圆弧状三角洲、鸟趾状三角洲)•海洋伸入大陆内部形成漏斗状河口。河流沙少，潮流和沿岸流可带走泥沙而形成的单一的、向口外逐渐扩宽增深的喇叭形河口。如钱塘江、英国泰晤士河口。Fig6-2$3鸟趾状三角：河流来沙不丰富，外海动力弱，各汊之间来不及淤填圆弧状三角：河流来沙丰富，外海动力弱，各汊及汊间同时向外淤长径流潮流相对强弱和来沙特征：①强潮海相河口:钱塘江口•强潮将口外泥沙推进口内→沙坎②弱潮陆相河口：黄河口•强径流挟沙至口门附近落淤→拦门沙•径流出海前经湖泊或河网调节，变幅小，潮差中等，河流来沙很少，泥沙主要来自口外，在口门附近形成拦门沙，黄浦江为主要代表。•潮流弱，河流来沙丰富，易形成圆弧状三角洲，强径流推移泥沙在口门附近形成拦门沙，黄河为主要代表。⑴强潮海相河口：⑵弱潮陆相河口：•潮流强，泥沙主要来源口外，平面外形呈喇叭形，强潮推进泥沙在口内形成沙坎，钱塘江为主要代表。⑶湖源海相河口：⑷陆海双相河口：•河流和海域来沙均较丰富，径流与潮流动力相当，口门外形成拦门沙，口门内形成沙坎，长江是主要代表。第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变潮差高低（潮汐强弱）：①强潮河口:潮差4m②中潮河口：潮差=2～4m③弱潮河口：潮差2m形成过程形态特征实例扇形三角洲入海河流含沙量高，河道分汊扇形黄河三角洲，尼罗河三角洲鸟爪形三角洲潮流作用弱，河流挟沙量高，分几股汊河入海鸟爪密西西比河三角洲尖头形三角洲入海或入湖河流仅一条主流，无支流尖头意大利台伯河三角洲岛屿形三角洲河流含沙量不大，有潮汐作用，形成许多沙滩、沙坝岛屿恒河三角洲过渡形三角洲兼有两种类型特点过渡长江三角洲过渡形三角洲尖头形三角洲鸟爪形三角洲扇形三角洲ThedeltaatBaboyaBay（潮汐型）长江河口（三角洲）钱塘江河口（三角港）6.2潮汐河口区的水流特性一、河口区的潮波及潮流影响因素主要：水深；河口的平面形态；底摩阻；浅滩和河口端部的反射或全反射；河流径流其它：盐淡水混合：盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象科氏力：使潮差向潮波传播方向的右侧(北半球)递增第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变潮汐周期的四个阶段：潮位涨落+潮流方向涨潮落潮流：海水开始涨潮，但潮位上升尚未改变水面向下游倾斜和水流向下游流动涨潮涨潮流：海水继续涨潮，河口水面壅高使得水面坡降转向上游，水流向上游流动③落潮涨潮流：海水开始落潮，河口水面开始下降，但潮位下降尚未改变水面坡降向上游倾斜和水流向上游的流动④落潮落潮流：海水继续落潮，河口水面下降使得水面坡降转向下游，水流向下游流动(1)波动类型的变化主要影响因素：河口平面形态、水深、浅滩和河口端部反射☆外海潮波：简单前进波，潮流速与潮位同相→高低潮位时潮流速度达到最大值，在中潮位(平均水面)流速为零(憩流、转流)☆河口潮波：取决于河口平面形态及水深变化，介于前进波和驻波之间，潮流速与潮位不同相。前进潮波遇到浅滩、河岸、河口顶端会发生反射。若河宽向上游迅速缩窄、水深急剧变小，反射强烈，河口潮波接近完全反射驻波，潮流速与潮位相位差90°→高低潮位时潮流速度为零，在中潮位流速最大外海潮波河口潮波(2)涨落潮历时不对称主要影响因素：水深、河流径流水深：潮波波峰(高潮位)和波谷(低潮位)时刻水深相差大，波峰传播速度要快于波谷，使得潮波前坡变陡、后坡变坦，涨潮流速大于落潮流速→涨潮历时缩短，落潮历时延长径流：向海净流动，与潮波叠加，使得落潮历时更加延长1cghghh(3)潮差(潮波的波高)的变化①河口断面向陆方向收缩→喇叭效应→能量汇聚→潮差沿程增大②浅滩及河口边界反射→驻波→潮差沿程增大→共振③底摩阻→能量损失→潮差按指数规律沿程减小01=coslkl0cos2xHktex1412000:()()xxxhbHHhb格林定律0xiHHe上述三种因素的相对大小很难确定，相互之间的平衡非常复杂:•宽度和深度逐渐变化的河口：浅滩及河口边界反射小，潮差主要受底摩阻影响，沿程减小(如长江口)•喇叭形河口：河口区中下游段，由于截面收缩和边界反射，潮差沿程增加；河口上游端，水深减小，底摩阻影响显著，潮差趋于减小(如钱塘江口)其它影响潮波变形的因素：•盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象•柯氏力使潮差向潮波传播方向的右侧(北半球)递增潮波变形在潮差相对于低潮水深较大的强潮河口更为显著。在某些河口，河口涨潮初期潮位急剧上升，受水深沿程快速减小和逆向径流影响，低潮传播速度慢，被后一个高潮赶上，潮波变形成类似移动水跃的现象，波面前坡几乎直立，波前就象一个翻滚的水墙向上游传播，这种现象称之为涌潮滔天浊浪排空来,翻江倒海山为摧㈠河口区潮汐的基本特征⑴口门处水面呈周期性升降：简谐波描述LkghcLcLTTaakxta/2//22)cos(：波数＝：波速＝：波长：周期：波动角频率：潮差：振幅⑵潮波属浅水长波，周期长，波长长：波长波高⑶潮流属非恒定流⑷潮波向上逐渐变形：潮差衰减、曲线不对称、涨落潮历时不等……⑸进潮量决定潮流的强弱：潮差、径流量、槽蓄容积影响进潮量jta2aTjxa2aLFig6-4潮棱体(潮水域)：高朝位线与低朝位线之间的范围。⑴潮差逐渐衰减直到为零：径流阻碍、河床阻力影响，反射强烈时会出现先增大后减小的潮差变化。潮波变形的主要体现⑵潮波曲线和涨落潮历时不对称，前坡越来越陡短、后坡越来越坦长(F6-6)：峰深速快、谷浅速慢，涨潮历时渐短，落潮历时渐长.⑶潮波与潮流出现相位差：主要是边界反射的影响，无反射无相位差,完全反射相位差90°，一般在0~90°之间，最大流速先于最高水位出现。潮波潮流世界奇观——钱塘江涌潮㈡一维潮波的基本方程上式的假定条件：忽略摩阻力、引潮力、径流的影响；河口断面为B×h的矩形；振幅水深；潮流沿水深均匀分布)56(0)46(0xUhtxgtU连续方程：运动方程：22222222222222)56()46()56()46(xcxghttxhxUcxUghtUxgt㈢前进波的流速前进波的产生条件：无限长、断面均匀，朝位满足简谐波。)56(0)46(0xUhtxgtU连续方程：运动方程：)cos(kxtahckxthacU)cos(hacUmax6.2潮汐河口区的水流特性第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变(二)一维潮波的基本方程-浅海自由潮波(浅水潮波)(三)无限长均匀断面河道中的推进潮波-凯尔文波(四)一端封闭河道中运动的驻波型潮波-驻波和港湾共振(五)断面渐变河道中的潮波运动-波能流守恒的格林定律(六)考虑摩阻影响时无限长河道中潮波的衰减海岸动力学6.2潮汐河口区的水流特性第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变二、河口区盐淡水的混合-(一)混合类型海水含盐量约30‰，淡水含盐量约0.1‰：涨潮流会将海水带入口门内一定距离→盐水入侵咸水界：河口内水流含盐量因海潮的影响从口门向上游逐渐降低，当含盐量小于2‰时，已不会影响农作物生长，2‰含盐浓度所及位置即~盐淡水混合区：咸水界下游盐淡水混合指数(山潮水比):→盐淡水混合类型一个潮周期内的河水径流量涨潮期的进潮量≥0.7:弱混合型=0.2~0.5:缓混合型0.1:强混合型(西江河口)(长江口南港)(钱塘江口)Fig6-9&106.2潮汐河口区的水流特性第六章潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变弱混合型：又称高度成层型、盐水楔型•径流强潮汐弱，盐淡水间存在明显分界面，形成盐水楔异重流，上层淡水流向下游，下层盐水潜入上游，交界面上的剪切力与含盐度梯度平衡缓混合型：•径流潮汐均较强，盐淡水发生掺混，水平和垂直方向均存在含盐度梯度，淡水主要从上层下泄，底部有盐水上溯，可能出现交错流强混合型：•潮汐强径流弱，盐淡水充分混合，垂向含盐量均匀，含盐度梯度主要表现于水平方向，不出现盐水楔和交错流二、河口区盐淡水的混合-(一)混合类型㈡盐淡水混合作用及盐水入侵⑴掺混临界流速U0：•盐水楔分界面开始发生盐淡水掺混时,上层淡水的垂线平均流速.)()(3/13/10表示盐水参数下标bCgUbb⑵盐水楔密度流速Ud：相当于隔板隔开的盐水入侵淡水的异重流流速。)(表示盐淡平均值下标mghUmd⑶密度Froud数Fd：Ur？drdUUF⑷密度Renold数Rd：h？hURdd⑸盐水入侵长度LA：•寇利根研究得到：4/112/5148.0280156.0dddARRFhL•一般Rd107，则：4/12/506.1ddARFhL•密西西比河：82.02/5018.6ddARFhL•共识是：盐淡密度差越大、水深越大、河流速越小，入侵越远。咸水界以上:流速垂向分布不受盐水密度梯度的影响，仍采用对数或指数分布咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化•涨潮流期间：密度梯度与水面坡降一致，增大涨潮流速，因底部密度梯度大，底流速加大，最大流速出现在水面下某一深度处二、河口区盐淡水的混合-(三)对水流泥沙的影响•落潮流期间：密度梯度与水面坡降方向相反，减小落潮流速，因底部密度梯度大，阻碍底流下泄，为保持流量平衡，表层流速加大转流期间：水面坡降很小，密度梯度控制底流流向上游，形成表层(向下)与底层流向相反的交错流Fig6-13涨潮流流向河流,最大流速出现在水下某水深处落潮流流向外海,最大流速出现在水面交错流面向海底向河,正负最大流速出现在某水深处滞流点：一个潮周期内，下泄流与上溯流河段间底部净流程(涨落潮流程的代数和)为零的临界点，为底层泥沙易于淤积的区域•流程=流速过程线与时间轴包围的面积•位置：随山潮水比的变化而变，洪水大潮下移；枯水小潮